中华预防医学杂志    2020年03期 膝骨关节炎对老年女性步态以及肌电活动的影响    PDF     文章点击量:370    
中华预防医学杂志2020年03期
中华医学会主办。
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蒋磊 李宁 夏美燕 张忠兴 程新保
JiangLei,LiNing,XiaMeiyan,ZhangZhongxing,ChengXinbao
膝骨关节炎对老年女性步态以及肌电活动的影响
Gait and neuromuscular activity changes in female older adults with knee osteoarthritis
中华预防医学杂志, 2020,54(3)
http://dx.doi.org/10.3760/cma.j.issn.0253-9624.2020.03.014
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投稿日期: 2019-05-03
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膝骨关节炎对老年女性步态以及肌电活动的影响
蒋磊 李宁 夏美燕 张忠兴 程新保     
蒋磊 安徽医科大学人文医学学院,合肥 230032
李宁 安徽医科大学人文医学学院,合肥 230032
夏美燕 安徽医科大学人文医学学院,合肥 230032
张忠兴 安徽医科大学人文医学学院,合肥 230032
程新保 安徽医科大学人文医学学院,合肥 230032
摘要: 于2018年11—12月在安徽医科大学第一附属医院康复科招募≥65岁女性膝骨关节炎患者。同期在社区招募≥65岁健康女性,各20名。检测结果显示,膝骨关节炎组在行走触地时,膝关节的触地角度更屈曲(P=0.040),在支撑期膝关节的最小角度会增加(P=0.008);髋和踝关节在支撑期的最大屈曲角度与对照组差异无统计学意义(P>0.05)。在支撑期,膝骨关节炎组胫骨前肌积分肌电低于对照组(P=0.023)。膝骨关节炎会改变老年女性的步态以及肌电活动表现,尤对下肢膝关节的影响最大。
关键词 :骨关节炎,膝;老年人;步态;肌电活动
Gait and neuromuscular activity changes in female older adults with knee osteoarthritis
JiangLei,LiNing,XiaMeiyan,ZhangZhongxing,ChengXinbao     
School of Humanistic Medicine, Anhui Medical University, Hefei 230032, China
Corresponding author: Jiang Lei, Email: 190642189@qq.com
Abstract:From November to December of 2018, twenty 65-year-old or older women patients with knee osteoarthritis were recruited from the Department of Physical Therapy, the First Affiliated Hospital of Anhui Medical University. Meanwhile, twenty healthy 65-year-old or older women were recruited from the local community. The results showed that the knee contact angle of the patient group was more flexed (P=0.040), and the minimum angle of the knee joint increased (P=0.008) during the stance period compared to the healthy group. However, there was no significant difference in the maximum contact angle between the angle of hip and ankle joints. In addition, the tibialis anterior muscle of the patients was significantly smaller than the healthy group (P=0.023). Therefore, knee osteoarthritis could change the gait and muscle activity of older women, especially the knee joint.
Key words :Osteoarthritis, knee;Aged;Gait;Neuromuscular activity
全文

膝骨关节炎常见与55岁以上人群,不同性别和年龄段患膝骨关节炎的风险不同,在55岁之前男性患病率高于女性,在55岁之后女性患者的膝骨关节炎严重性则高于男性[1]。膝骨关节炎会导致生活质量以及日常活动的能力的下降,伴随着疼痛感的增加,肌肉量减小,本体感觉的缺陷以及步态力学的改变[2]。现代步态分析是通过测量肌肉骨骼系统的生物力学反应,提供对膝骨关节炎机制深入了解的一种独特的方式。肌电是了解神经肌肉反应变化的有效工具[3]。虽然力学因素与膝骨关节炎的进展有关,但生物力学的机制作用仍未得到很好的理解[3]。这在很大程度上归因于有关下肢所有关节的神经肌肉功能和关节动力学的同时的变化,以及疾病的严重程度的不良质量和表征这种的全面的生物力学研究的匮乏[4]。本研究的目的是探究在自选的行走速度下,膝骨关节炎和健康老年女性步态运动学及肌肉活动的差异。

一、对象与方法  

1.对象:  按照美国风湿病协会对膝骨关节炎疾病定义标准[5],于2018年11—12月在安徽医科大学第一附属医院康复科招募≥65岁女性膝骨关节炎患者。同期在社区招募≥65岁健康老年女性,要求1年内没有任何下肢损伤史及外科手术,作为对照组。除此之外,要求两组受试者没有影响步态实验测试的心理或者身体疾病等。两组各20名。所有研究对象均签署了知情同意书;本研究方案获得安徽医科大学伦理委员会批准(批号:2019H019)。

2.实验仪器:  Vicon红外高速运动捕捉系统(英国Vantage公司),采样频率为240 Hz,52个直径为14 mm的红外反光球,用于标记人体下肢体表骨性标志从而进行肢体环节追踪。Delsys无线表面肌电传感器(美国Trigno公司),用自带的软件对肌电数据进行分析和处理,采样频率为2 000 Hz,用于下肢主要肌群的肌电信号进行采集[6]

3.实验步骤:  受试者更换统一的实验着装和鞋子。利用3~5 min熟悉整个测试流程,消除紧张心理,从而展现自然流畅的步行过程。研究人员测量并记录受试者身高及体重信息。实验人员为受试者粘贴marker点和肌电传感器。贴肌电前需要备皮,将电极顺着肌纤维的走向粘贴在患者组的患侧腿的选侧肌群上,对照组随机选择一侧腿的肌群上。拍摄静态模型动作后,受试者需要成功完成5次自选的速度行走动作。

4.实验参数及数据处理:  采用Matla r2018a编程软件[7]对行走时的下肢关节矢状面的生物力学数据处理,分析受试者一个步态周期的数据。一个步态周期为同一只脚从脚跟离地跨出,到再次脚跟着地的行进过程[8]。步态支撑期为第一支脚脚跟触地开始到脚尖离地结束,大约占整个步态周期的60%[8]。在步态中,伸髋为负值,屈髋为正值,伸膝为正值,屈膝为负值,背屈为正值,跖屈为负值。采用Butterworth四阶双向对运动学与肌电信号数据源进行低通滤波。选取指标包括髋、膝和踝三关节的触地角度和最小关节角度。使用Delsys肌电信号分析软件4.3.0通过Butterworth四阶带通滤波来整流、截取(根据垂直地面反作用力数据截取的测试腿单支撑期)肌电信号数据。采用受试者坐起标准动作中肌肉的最大肌电活动值为标准。选取的指标包括积分肌电(IEMG)和共收缩比值[9]

5.统计学分析:  采用SPSS 24.0进行数据处理及统计分析。所有计量资料均呈正态分布,以±s表示;采用独立样本t检验比较患者和对照组的肌电和运动学的组间差异。双侧检验,检验水准α=0.05。

二、结果  

1.基本情况:  对照组与患者组年龄、身高及体重差异无统计学意义(表1)。

表1两组基本特征比较(±s

2.步态:  膝骨关节炎组在行走触地时,膝关节的触地角度更屈曲,在支撑期膝关节的最小角度会增加;两组髋和踝关节在支撑期的最大屈曲角度差异无统计学意义(表2)。

表2两组在步态触地时下肢关节角度及在步态支撑期髋膝和踝的最小关节角度(°,±s

3.肌肉积分肌电及共收缩比值:  如表3所示,在支撑期,两组比目鱼肌、股内侧肌、股二头肌的积分肌电差异无统计学意义;胫骨前肌的积分肌电差异有统计学意义,膝骨关节炎组胫骨前肌积分肌电低于健康老年组。两组拮抗肌和主动肌的共收缩的百分比差异无统计学意义。

表3两组在步态支撑期的肌肉积分肌电及共收缩比值(±s

三、讨论  本研究中,患者组触地时膝关节的角度更屈曲,支撑期会减少膝关节的屈曲,而髋和踝关节的触地角度和支撑期的最大屈曲角度都无显著变化。因此,膝骨关节炎对膝关节在行走中的影响最大。
        积分肌电反映的是动员运动单位的数量和单个运动单位的放电程度,本研究发现患者组只有胫骨前肌的积分肌电小于对照组。胫骨前肌是使踝关节发生背屈和足外翻的肌肉。两组肌肉的共收缩比差异无统计学意义,与Childs等[9]的研究结果不同。Childs等[9]发现患者组膝关节周围肌肉共收缩比较大,认为患者组共收缩比会增加关节刚度以对抗疼痛感、内侧关节负载和不稳定,而膝骨关节炎越严重者表现的越明显。
        膝骨关节炎患者应根据病情的严重程度选择适合自己的功能力量训练,尤其增加膝关节周围肌肉的力量对于缓解疼痛,改善下肢关节的活动范围。本研究存在一些局限性,如只选取了老年女性受试者,后续的研究应增加性别方面的研究。
        综上,本研究所发现结果提示膝骨关节炎会对步态以及肌肉的协调控制产生影响,应加强对膝关节的损伤防护。同时为患有膝骨关节炎的人群制定个性化的功能训练以缓解疼痛和减缓其发展也是至关必要的。

参考文献
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[3]AstephenJL, DeluzioKJ, CaldwellGE, et al. Gait and neuromuscular pattern changes are associated with differences in knee osteoarthritis severity levels [J]. J Biomech, 2008,41(4):868-876. DOI:10.1016/j.jbiomech.2007.10.016.
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[5]MundermannL, CorazzaS, AndriacchiTP. The evolution of methods for the capture of human movement leading to markerless motion capture for biomechanical applications [J]. J Neuroeng Rehabil, 2006,3(1):6. DOI: 10.1186/1743-0003-3-6.
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